KR100966489B1

KR100966489B1 - 생분해성을 함유한 온도 및 ｐＨ 감응성 고분자 및 그 하이드로젤의 제조방법

Info

Publication number: KR100966489B1
Application number: KR1020100026665A
Authority: KR
Inventors: 김지흥; 문종록
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2010-06-28
Also published as: KR20100052434A

Abstract

본 발명은 생분해성을 함유한 온도 및 pH 감응성 고분자 및 그 하이드로젤의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아미노산으로부터 폴리아미노산 전구체를 합성하고 이를 이용하여 반복단위 측쇄에 다양한 기능성 그룹을 함유하여 온도 및 pH에 동시 감응할 수 있는 생체적합성 폴리아스팔트아미드 공중합체를 제조하고, 상기 공중합체의 화학적 가교를 통해 생분해성이 가능한 우레탄 결합을 형성하여 생분해성과 온도 및 pH 감응성을 동시에 함유함으로써, 장내에서 지속적인 약물전달체 또는 생체재료로 이용가능한 고분자 및 그 하이드로젤의 제조방법에 관한 것이다.

Description

생분해성을 함유한 온도 및 ｐＨ 감응성 고분자 및 그 하이드로젤의 제조방법{pH and temperature sensitive polymers and the hydrogels with biodegradability and method for preparing the same}

온도 감응성 고분자는 고분자 중에 포함된 친수성 그룹이 낮은 온도에서는 기본 구조를 이루는 분자 간 또는 물과의 수소결합에 의하여 물을 함유하고 있어 물에 녹아 있다가 온도가 올라감에 따라 수소결합이 깨지면서 물이 고분자 사슬 밖으로 배출되어 분자의 소수성 상호작용이 커져 상전이가 일어난다. 이 온도를 저임계용액온도(lower critical solution temperature, LCST)라 부른다.

이러한 LCST 거동을 보이는 선형 고분자는 가교되어 열에 민감한 하이드로젤 네트워크를 형성할 수 있으며, 이 하이드로젤은 가열시 좁은 온도 범위에서 부피 상전이를 통해 수축 또는 팽창하게 된다.

이와 같은 온도 감응성 고분자는 최근 약물전달시스템뿐만 아니라 생체재료로서 다양하게 연구가 진행되고 있다.

현재 폭넓은 연구가 진행되고 있는 온도 감응성 고분자로는 폴리 N-이소프로필아크릴아마이드(Poly(N-isopropylacrylamide): PNIPAAm), 폴리에틸렌옥사이드-폴리프로필렌옥사이드-폴리에틸렌옥사이드(PEO-PPO-PEO) 공중합체 등을 들 수 있다. 이와 같은 온도 감응성 고분자는 고분자 주쇄 또는 반복단위에 결합되어 있는 친수성 그룹과 소수성 그룹의 비율에 따라 LCST가 변하게 되는데, 소수성 그룹이 증가할수록 LCST가 감소되고 친수성 그룹이 증가할수록 LCST가 증가된다.

최근에는 온도 감응성 고분자에 양이온성 또는 음이온성 그룹을 도입함으로써 온도 및 pH 감응성 고분자 연구가 활발히 이루어지고 있다.

몇몇 보고에 따르면(Lee et al., Polymer. 2007, vol. 48, 1718; Zhu et al., J. Appl. Polym. Sci. 2006, vol. 100, 3602), 폴리 N-이소프로필아크릴아마드(PNIPAAm)를 기반으로 한 이온성 그룹 함유 고분자가 화학적 가교반응을 통해 온도 및 pH 감응성 하이드로젤을 형성할 수 있다. 그러나, 상기 온도 및 pH 감응성 하이드로젤은 체내에서 분해가 되지 않은 특징을 갖고 있다.

미국 특허 제6,451,346호에서는 폴리락타이드(polyloctide), 폴리글리콜라이드, 폴리카프로락톤, 소수성 폴리펩타이드, 폴리우레탄 또는 폴리아세탈 등과의 블록 공중합체를 제안하고 있으나, 상기 블록 공중합체는 생체 내에서 예기치 않은 반응을 통해 인체에 유해한 부산물로 분해될 수 있는 문제점이 있다.

따라서, 약물전달체 또는 생체재료로 이용할 수 있는 인체에 무해한 생체적합성을 가지면서 생분해성이 우수한 온도 및 pH 감응성 하이드로젤에 대한 필요성이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 폴리아미노산 전구체를 이용하여 반복단위 측쇄에 다양한 기능성 그룹을 함유한 온도 및 pH에 동시 감응할 수 있는 고분자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 온도 및 pH 감응성 고분자의 화학적 가교를 통해 생분해성을 갖는 고분자 및 그 하이드로젤의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 생분해성을 함유한 온도 및 pH 감응성 고분자 및 그 하이드로젤의 약학적 용도를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1의 반복단위를 포함하는 고분자를 제공한다:

상기 식에서,

R₁은

를 나타내고,

R₅는

를 나타내며,

R₂ 및 R₆는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 6의 알킬렌기를 나타내고,

R₃ 및 R₄는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 8의 알킬기를 나타내며,

n 및 m은 각각 독립적으로 10 내지 10,000의 정수를 나타낸다.

본 발명은 또한

아미노산 단량체의 축중합을 통해 폴리아미노산 전구체를 합성하는 단계;

소수성 또는 양쪽성 알킬아민 화합물과 상기 폴리아미노산 전구체를 반응시키는 단계; 및

친수성 아미노 알코올 화합물을 상기 단계로부터 얻은 반응 생성물에 그라프팅 시켜 온도 및 pH 감응성 공중합체를 합성하는 단계를 포함하는 하기 화학식 1의 반복단위를 포함하는 고분자의 제조방법을 제공한다:

[화학식 1]

상기 식에서,

R₁은

를 나타내고,

R₅는

를 나타내며,

n 및 m은 각각 독립적으로 10 내지 10,000의 정수를 나타낸다.

본 발명은 또한 하기 화학식 2의 반복단위를 포함하는 하이드로젤을 제공한다:

상기 식에서,

R₁은

를 나타내고,

R₅는

를 나타내며,

R₇ 및 R₉는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 6의 알킬렌기를 나타내고,

R₈은 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기 또는 탄소수 5 내지 14의 아릴렌기를 나타낸다.

본 발명은 또한

소수성 또는 양쪽성 알킬아민 화합물과 상기 폴리아미노산 전구체를 반응시키는 단계;

친수성 아미노 알코올 화합물을 상기 단계로부터 얻은 반응 생성물에 그라프팅 시켜 온도 및 pH 감응성 공중합체를 합성하는 단계; 및

상기 공중합체에 가교제를 첨가하여 생분해성 하이드로젤을 제조하는 단계를 포함하는 하기 화학식 2의 반복단위를 포함하는 하이드로젤의 제조방법을 제공한다:

[화학식 2]

상기 식에서,

R₁은

를 나타내고,

R₅는

를 나타내며,

본 발명은 또한 하기 화학식 2의 반복단위를 함유하는 하이드로젤; 및

약제학적 활성성분을 포함하는 약물전달체를 제공한다:

[화학식 2]

상기 식에서,

R₁은

를 나타내고,

R₅는

를 나타내며,

본 발명의 하이드로젤은 온도뿐만 아니라 pH에 민감한 부피-상 전이 거동을 보임으로써, 단순한 온도민감성 공중합체와 달리 위장에서의 장시간 체류를 위해 요구되는 산성조건의 팽윤거동이 우수하며 생분해성 특징으로 인하여 체내에서의 안정성 문제까지 동시에 해결할 수 있어, 의료용, 약물전달 분야에서 다양한 용도로 활용이 기대된다.

도 1은 본 발명의 생분해성을 함유한 온도 및 pH 감응성 고분자의 합성 반응식을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 폴리아스팔트아미드 공중합체의 조성에 따른 상전이 그래프를 나타낸 것이다.
도 3은 pH 변화에 따른 폴리아스팔트아미드 공중합체의 상전이 그래프를 나타낸 것이다.
도 4는 폴리아스팔트아미드 공중합체 하이드로젤의 온도(a) 및 pH(b)에 따른 가역적 팽윤 거동을 나타낸 그래프를 나타낸 것이다.
도 5는 폴리아스팔트아미드 공중합체 하이드로젤의 온도와 pH에 따라 달리 팽윤된 단면 사진도이다.
도 6은 폴리아스팔트아미드 공중합체 하이드로젤의 시간에 따른 생분해성 거동을 관찰한 그래프를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명의 구성을 구체적으로 설명한다.

본 발명은 하기 화학식 1의 반복단위를 포함하는 고분자에 관한 것이다:

[화학식 1]

상기 식에서,

R₁은

를 나타내고,

R₅는

를 나타내며,

n 및 m은 각각 독립적으로 10 내지 10,000의 정수를 나타낸다.

본 발명의 화합물의 치환체의 정의에 사용된 용어는 하기와 같다.

"알킬렌"은 다른 기재가 없는 한, 탄소수 1 내지 12, 보다 바람직하게는 4 내지 8의 직쇄, 분지쇄 또는 시클로의 2가 포화 탄화수소를 가리킨다. 알킬렌기의 예는 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜틸렌, 헥실렌 등이 포함되나, 이들에 제한되지 않는다.

"알킬"은 다른 기재가 없는 한, 탄소수 1 내지 12의 직쇄, 분지쇄, 또는 시클로의 1가 포화 탄화수소를 가리킨다. 알킬기의 예는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실, 이소프로필, 이소부틸, sec-부틸 및 tert-부틸, 이소펜틸, 네오펜틸, 이소헥실, 이소헵틸, 이소옥틸, 이소노닐 및 이소데실이 포함되나, 이들에 제한되지 않는다.

"아릴렌"은 다른 기재가 없는 한, 탄소수 5 내지 14, 보다 바람직하게는 탄소수 6 내지 13의 2가의 방향족 탄화수소를 가리킨다. 상기 방향족 탄화수소는 환원(ring member)로서 산소, 질소, 또는 황과 같은 헤테로원자를 포함할 수 있다.

상기 알킬렌, 알킬, 또는 아릴렌은 각각 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시, 하이드록시, 아미노, 시아노, 또는 알콕시카보닐 등으로부터 선택된 하나 이상의 치환기에 의하여 치환될 수 있다.

본 발명의 화학식 1의 반복단위를 포함하는 고분자는 상기 정의한 화합물이라면 특별히 제한되지 않으나,

R₂ 및 R₆는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 4의 알킬렌기를 나타내고,

R₃ 및 R₄는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내는 것이 바람직하고,

R₂ 및 R₆는 각각 독립적으로 탄소수 2 또는 3의 알킬렌기를 나타내고,

R₃ 및 R₄는 각각 독립적으로 탄소수 2 또는 3의 알킬기를 나타내는 것이 보다 바람직하고,

R₂ 및 R₆는 각각 에틸렌기를 나타내고,

R₃ 및 R₄는 각각 이소프로필기를 나타내는 것이 가장 바람직하다.

또한, n 및 m은 각각 독립적으로 10 내지 10,000의 정수, 보다 바람직하게는 20 내지 2000의 정수를 나타내는 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 화학식 1의 반복단위를 포함하는 고분자는 예를 들어 폴리아스팔트아미드 유도체를 포함한다.

본 발명은 또한

친수성 아미노 알코올 화합물을 상기 단계로부터 얻은 반응 생성물에 그라프팅 시켜 온도 및 pH 감응성 공중합체를 합성하는 단계를 포함하는 하기 화학식 1의 반복단위를 포함하는 고분자의 제조방법에 관한 것이다:

[화학식 1]

상기 식에서,

R₁은

를 나타내고,

R₅는

를 나타내며,

n 및 m은 각각 독립적으로 10 내지 10,000의 정수를 나타낸다.

이하, 본 발명에 따른 화학식 1의 반복단위를 포함하는 고분자의 제조방법의 각 단계를 도 1을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

제1단계는 아미노산 단량체의 축중합을 통해 폴리아미노산 전구체를 합성하는 단계이다.

상기 폴리아미노산 전구체는 아미노산 단량체 및 촉매 혼합물을 20 내지 200℃의 온도 조건에서, 400 torr에서 25 torr로 압력을 낮추면서 3 내지 8시간 동안 벌크중합시켜 얻을 수 있다.

상기 아미노산 단량체는 특별히 제한하지는 않으나, 아스팔트산(aspartic acid)인 것이 바람직하다.

상기 촉매는 촉매이면서 동시에 아미노산 단량체의 용매 역할을 하는 것으로, 톨루엔설포닉산(p-toluenesulfonic acid), 황산 (sulfuric acid)으로 제조 가능하나 인산(o-phosphoric acid)이 바람직하다.

상기 아미노산 및 촉매 혼합물은 1:2 ~ 5:1의 비율로 제조가능 하나 1:0.5 ~ 1.5의 비율로 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 비율 범위 내일 경우 가장 높은 분자량을 제조할 수 있다.

상기 폴리아미노산 전구체는 아미노산 단량체에 따라 얼마든지 변경하여 특별히 제한하지는 않으나, 폴리숙신이미드(polysuccinimide, PSI)인 것이 바람직하다.

제2단계는 소수성 또는 양쪽성 알킬아민 화합물과 상기 폴리아미노산 전구체를 반응시키는 단계로, 반응은 폴리아미노산 전구체 100 중량부에 대하여 40 내지 90 중량부의 소수성 또는 양쪽성 알킬아민 화합물을 첨가하여 20 내지 60℃의 온도조건에서 상기 전구체의 고리구조를 개환하는 반응이다.

상기 소수성 또는 양쪽성 알킬아민 화합물은 디이소프로필아미노에틸아민(2-diisopropylamino-ethylamine), 아이소프로필에틸렌디아민(N-isopropylethylenediamine), 디메틸아미노프로필아민(3-dimethylamino-1-propylamine), 또는 디에틸아미노프로필아민(3-diethylaminopropylamine) 등을 단독 또는 2종 이상 사용할 수 있다.

상기 소수성 또는 양쪽성 알킬아민 화합물은 폴리아미노산 전구체 100 중량부에 대하여 40 내지 90 중량부로 포함되는 것이 바람직한데, 상기 수치 범위 내일 경우, 바람직한 LCST 거동을 보일 수 있다.

제3단계는 친수성 아미노 알코올 화합물을 폴리아미노산 전구체의 측쇄에 그라프팅 시켜 온도 및 pH 감응성 공중합체를 합성하는 단계이다.

상기 친수성 아미노 알코올 화합물은 아미노에탄올, 아미노프로판올, 아미노부탄올 등을 단독 또는 2종 이상 사용할 수 있다.

상기 친수성 아미노 알코올 화합물은 상기 반응 생성물 100 중량부에 대하여 10 내지 60 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 10 중량부 미만인 경우, 소수성 그룹이 증가하여 물에 녹지 않으며, 60 중량부를 초과하는 경우, 친수성 그룹이 증가하여 LCST 거동에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

본 발명의 화학식 1의 반복단위를 포함하는 고분자의 제조방법을 통해 제조되는 온도 및 pH 감응성 고분자는 소수성과 친수성을 모두 가진 양쪽성 폴리아스팔트아미드 공중합체를 포함할 수 있다.

본 발명은 또한 하기 화학식 2의 반복단위를 포함하는 하이드로젤에 관한 것이다:

[화학식 2]

상기 식에서,

R₁은

를 나타내고,

R₅는

를 나타내며,

본 발명의 화학식 2의 반복단위를 포함하는 하이드로젤은 친수성 및 소수성 특징을 모두 갖고 있는 양쪽성 폴리아스팔트아미드 유도체를 포함할 수 있으며, 상기 정의한 화합물이라면 특별히 제한되지 않으나,

R₃ 및 R₄는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내며,

R₇ 및 R₉는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 4의 알킬렌기를 나타내고,

R₈은 탄소수 4 내지 8의 알킬렌기 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타낸 것이 바람직하고,

R₃ 및 R₄는 각각 독립적으로 탄소수 2 또는 3의 알킬기를 나타내며,

R₇ 및 R₉는 각각 독립적으로 탄소수 2 또는 3의 알킬렌기를 나타내고,

R₈은 탄소수 5 내지 7의 알킬렌기를 나타내는 것이 보다 바람직하고,

R₂ 및 R₆는 각각 에틸렌기를 나타내고,

R₃ 및 R₄는 각각 이소프로필기를 나타내며,

R₇ 및 R₉는 각각 독립적으로 에틸렌기를 나타내고,

R₈은 헥사메틸렌기를 나타낸 것이 가장 바람직하다.

본 발명은 또한

상기 공중합체에 가교제를 첨가하여 생분해성 하이드로젤을 제조하는 단계를 포함하는 하기 화학식 2의 반복단위를 포함하는 하이드로젤의 제조방법에 관한 것이다:

[화학식 2]

상기 식에서,

R₁은

를 나타내고,

R₅는

를 나타내며,

본 발명의 화학식 2의 반복단위를 포함하는 하이드로젤의 제조방법에 있어서, 제1단계 내지 제3단계는 양쪽성 온도 및 pH 감응성 공중합체, 바람직하게는 폴리아스팔트아미드 공중합체를 제조하는 단계이며, 제4단계는 상기 공중합체의 하이드록시기와 가교제 분자간의 화학적 가교반응을 통해 생분해성이 가능한 우레탄결합을 형성하여 온도 및 pH 감응성뿐만 아니라 생분해성을 함유하는 하이드로젤를 제조하는 단계이다.

상기 가교제는 라이신 디이소시아네이트, 디이소시아네이트 부탄, 페닐렌 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트, 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 등을 사용할 수 있다.

상기 가교제는 온도 및 pH 감응성 공중합체의 하이드록시기의 몰에 대하여 0.4mol비 내지 1mol비로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 0.4 mol비 미만인 경우에는 가교반응이 일어나지 않으며, 1mol비를 초과하는 경우에는 온도에 대한 팽윤비가 나타나지 않는다.

상기 화학적 가교반응 시 디부틸틴 디라우레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 촉매를 추가로 첨가할 수 있다.

상기 촉매는 온도 및 pH 감응성 공중합체 100 중량부에 대하여 0.01 내지 0.02 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 화학식 2의 반복단위를 포함하는 하이드로젤의 제조방법의 대표 예를 도 1을 참조하여 도식화하면 다음과 같다.

첫째, 반응식 1과 같이 아미노산 단량체로 아스팔트산과 촉매로 인산을 선정하고, 이들을 1:1의 비율로 균일하게 혼합하여 벌크중합을 통해 폴리아미노산 전구체인 폴리숙신이미드를 합성하였다.

둘째, 반응식 2와 같이 폴리숙신이미드를 DMF(N,N-dimethylformamide) 용매 하에 소수성을 나타내는 DIPAEA를 서서히 첨가하여 상기 폴리숙신이미드의 숙신이미드 링을 일정량 개환하고, 친수성 그룹인 에탄올아민을 폴리숙신이미드의 측쇄에 그라프트시켜 온도 및 pH 감응성을 나타내는 폴리아스팔트아미드 공중합체를 합성하였다.

셋째, 반응식 3과 같이 온도 및 pH 감응성을 나타내는 폴리아스팔트아미드 공중합체와 가교제 HMDI 및 촉매를 첨가하여 반응시켜 화학적 가교반응을 유발시키고, 이로부터 생분해성을 함유한 온도 및 pH 감응성 고분자(하이드로젤)를 합성하였다.

약제학적 활성성분으로 포함하는 약물전달체에 관한 것이다:

[화학식 2]

상기 식에서,

R₁은

를 나타내고,

R₅는

를 나타내며,

본 발명의 화학식 2의 반복단위를 포함하는 하이드로젤은 친수성 및 소수성 특징을 모두 갖고 있는 양쪽성 폴리아스팔트아미드 유도체를 포함할 수 있으며, 상기 정의한 화합물이라면 특별히 제한되지 않는다.

본 발명의 약물전달체에 포함되는 약제학적 활성성분은 특별히 제한되지 않으며, 공지된 다양한 약제학적 활성성분을 제한 없이 포함할 수 있다.

본 발명의 약물전달체는 약제학적으로 허용가능한 담체를 추가로 사용할 수 있는데, 상기 담체는 의약 분야에서 통상 사용되는 담체 및 비히클을 포함하며, 구체적으로 이온 교환 수지, 알루미나, 알루미늄 스테아레이트, 레시틴, 혈청 단백질(예, 사람 혈청 알부민), 완충 물질(예, 여러 인산염, 글리신, 소르브산, 칼륨 소르베이트, 포화 식물성 지방산의 부분적인 글리세라이드 혼합물), 물, 염 또는 전해질(예, 프로타민 설페이트, 인산수소이나트륨, 인산수소캄륨, 염화나트륨 및 아연 염), 교질성 실리카, 마그네슘 트리실리케이트, 폴리비닐피롤리돈, 셀룰로즈계 기질, 폴리에틸렌 글리콜, 나트륨 카르복시메틸셀룰로즈, 폴리아릴레이트, 왁스, 폴리에틸렌 글리콜 또는 양모지 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 약물전달체는 또한 상기 성분들 이외에 윤활제, 습윤제, 유화제, 현탁제, 또는 보존제 등을 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 약물전달체는 경구 투여용 제형 또는 주사제와 같은 비경구 투여용 제형으로 제조할 수 있다.

경구 투여용 제형의 예로서는 정제, 트로치제, 로젠지, 수용성 또는 유성 현탁액, 조제분말 또는 과립, 에멀젼, 하드 또는 소프트 캡슐, 시럽 또는 엘릭시르제(elixirs)를 들 수 있다. 정제 및 캡슐 등의 제형으로 제제하기 위해서 락토오스, 사카로오스, 솔비톨, 마니톨, 전분, 아밀로펙틴, 셀룰로오스 또는 젤라틴과 같은 결합제, 디칼슘포스페이트와 같은 부형제, 옥수수 전분 또는 고구마 전분과 같은 붕괴제, 스테아르산 마그네슘, 스테아르산 칼슘, 스테아질 푸마르산 나트륨 또는 폴리에틸렌글리콜 왁스와 같은 윤활유가 함유될 수 있다. 또한 캡슐 제형의 경우에는 상기에서 언급한 물질 외에도 지방유와 같은 액체 담체를 함유할 수 있다.

경구 투여를 위한 제제에는 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁제, 유제, 동결건조제제가 포함된다. 비수성용제, 현탁 용제는 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 또는 올리브 오일과 같은 식물성 기름, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다.

한 양태로서, 본 발명에 따른 약물전달체는 비경구 투여를 위한 수용성 용액으로 제조할 수 있다. 바람직하게는 한스 용액(Hank's solution), 링거 용액(Ringer's solution) 또는 물리적으로 완충된 염수와 같은 완충 용액을 사용할 수 있다. 수용성 주입(injection) 현탁액은 소디움 카르복시메틸셀룰로즈, 솔비톨 또는 덱스트란과 같이 현탁액의 점도를 증가시킬 수 있는 기질을 첨가할 수 있다.

본 발명의 약물전달체의 다른 바람직한 양태는 수성 또는 유성 현탁액의 멸균 주사용 제제의 형태일 수 있다. 이러한 현탁액은 적합한 분산제 또는 습윤제(예를 들면 트윈 80) 및 현탁화제를 사용하여 본 분야에 공지된 기술에 따라 제형화할 수 있다. 멸균 주사용 제제는 또한 무독성의 비경구적으로 허용되는 희석제 또는 용매 중의 멸균 주사 용액 또는 현탁액(예를 들면 1,3-부탄디올 중의 용액)일 수 있다. 사용될 수 있는 비히클 및 용매로는 만니톨, 물, 링거 용액 및 등장성 염화나트륨 용액이 있다. 또한, 멸균 비휘발성 오일이 통상적으로 용매 또는 현탁화 매질로서 사용된다. 이러한 목적을 위해 합성 모노 또는 디글리세라이드를 포함하여 자극성이 적은 비휘발성 오일은 그 어느 것도 사용할 수 있다.

이하 본 발명에 따른 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명의 범위는 하기에 제시한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> 온도 및 pH 감응성 폴리아스팔트아미드 공중합체의 제조

단량체(monomer)인 아스팔트산(L-aspartic acid)과 촉매이면서 동시에 용매 역할을 하는 인산(o-phosphoric acid)을 1:1의 비율로 균일하게 섞어 증류농축장치(rotary evaporator)에서 표 1과 같이 서서히 온도와 압력을 조절하여 5시간 동안 벌크중합을 통해 폴리숙신이미드를 얻었다.　

폴리아미노산의 전구체인 폴리숙신이미드(PSI)를 디메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide, DMF)용매 하에 디이소프로필아미노에틸아민(2-diisopropylamino-ethylamine, DIPAEA, 0.3-0.9 mol비)용액을 질소 기류 하에 40℃에서 24시간 동안 한 방울씩 서서히 넣어 주 사슬의 숙신이미드 링을 정량적으로 개환반응 시킨 후, 과량에 에탄올아민(2-ethanolamine, EA, (0.1-0.7 mol비)×1.5)을 넣어 40℃에서 24시간 동안 반응시켰다.　반응이 종결된 용액을 디에틸에테르(diethylether) 250mL에 석출시켜 유리여과기를 이용하여 여과한 후, 2L의 디에틸에테르로 충분히 세척하고 용매 및 미반응 모노머를 제거한 뒤, 진공 오븐에서 24시간 동안 건조하여 소수성과 친수성을 모두 가진 양쪽성 폴리아스팔트아미드 공중합체를 얻었다.

상기로부터 제조된 양쪽성 폴리아스팔트아미드 공중합체는 ¹H-NMR을 이용하여 각각의 작용기들의 조성을 확인하고 각각의 묽은 수용액에 대한 저임계용액온도(lower critical solution temperature, LCST)를 하기 표 2에서 확인할 수 있었다. 또한, 도 2에는 다양한 조성으로 제조된 양쪽성 폴리아스팔트아미드 유도체를 각각 증류수에 1중량%로 녹여 온도조절기와 thermocouple를 장착한 UV-visible spectrophotometer(Biochrom libraS22, UK)를 통해 파장 500nm에서 1℃/min 승온하여 용액의 LCST를 확인하였다.　

도 2에 나타난 바와 같이, 소수성 그룹인 디이소프로필아미노에틸아민 조성이 높아질수록 LCST가 낮아지는 것을 확인할 수 있었는데, 이는 낮은 온도에서 고분자의 친수성 그룹과 물 분자 사이의 수소결합으로 존재하여 물에 용해되나, 온도를 증가시키면 고분자의 소수성 부분의 결합력이 수소결합력보다 우세하게 되므로 LCST 거동을 나타낸다.　한편 고분자의 소수성 그룹을 증가시키면 LCST가 낮아지게 되며 소수성 및 친수성 그룹의 조성 또는 알킬사슬의 변화를 통해 LCST 조절이 가능하다.

도 3은 표 2의 공중합체 C를 선택하여 pH 6, 7, 8, 9 및 10 완충용액에서 LCST를 관찰하였다. 그 결과, 높은 pH에서 낮은 LCST 거동을 보이다가 pH가 낮아질수록　LCST가 높아지는 것을 확인할 수 있었다.　이것은 pKa값에 따른 결과라 예상되는데, 산-염기 적정을 통해 pKa값은 대략 6.5이다.　그러므로 낮은 pH(pH>pKa)에서는 디이소프로필아미노에틸아민그룹에 3차 아민이 이온화되어 정전기적 반발력이 생겨 LCST를 관찰할 수 없었으며, 높은 pH(pH<pKa)에서는 사슬과 사슬간의 인력(hydrophobic interaction)으로 인해 LCST가 낮아지는 것을 관찰하였다.

<실시예 2> 생분해성 하이드로젤의 제조

60℃로 유지되는 항온조 안에서 상기 실시예 1에서 제조된 공중합체 D를 디메틸포름아마이드용매 하에서 가교제인 헥사메틸렌디이소시아네이트를 분석된 에탈올아민의 하이드록시 그룹 농도에 대해 각각 0.4, 0.6, 0.8 및 1mol비와 촉매로서 디부틸틴 디라우레이트(dibutyltin dilaurate) 0.02 중량부를 첨가하여 3시간 동안 반응시켰다.　이로부터 얻은 하이드로젤을 미 반응물과 디메틸포름아마이드를 제거하기 위해 2일간 증류수에서 세척한 후, 동결 건조를 통해 최종의 온도 및 pH 감응성 하이드로젤을 얻었다.

도 4a 및 4b는 공중합체 D를 하이드록시기에 대한 가교제인 헥사메틸렌디이소시아네이트 40 mol비로 가교시킨 하이드로젤을 온도와 pH에 따라 팽윤거동을 확인한 결과 그래프이다.

도 4a는 10℃의 증류수에 24시간 동안 팽윤 평형에 이르게 한 다음 50℃의 증류수로 옮겨서 6시간 동안 팽윤 평형에 이르게 한 후 실험을 반복하여 시간에 따른 팽윤비를 도시한 것이다.　하이드로젤은 10℃에서는 초기에 비교적 빠른 팽윤을 보이다가 약 24시간 이내에 평형에 도달하였으며 50℃에 옮겨 넣었을 때는 빠른 속도로 수축하여 약 6시간 이내에 평형에 도달하였다. 10℃의 증류수에서는 5 내지 6배, 50℃ 증류수에서는 약 2배의 팽윤비를 나타내었다. 온도가 증가되면 하이드로젤 내부의 사슬과 사슬간의 상호인력이 증가되어 겔이 수축되었다가 온도를 낮추게 되면 다시 팽윤하게 된다.

도 4b는 상기와 동일한 방법으로 하이드로젤을 6시간 동안 pH 2 버퍼용액에서 팽윤 평형에 이르게 한 다음, pH 10 버퍼용액으로 옮겨서 6시간 동안 팽윤 평형에 이르게 한 후 반복적으로 팽윤비를 측정하였다. pH 2에서는 15 내지 16배, pH 10에서는 2배의 팽윤비를 나타내었다. 이는 pH 2에서 디이소프로필아미노에틸아민그룹의 3차 아민이 이온화되어 정전기적 반발력이 생기므로 팽윤비가 크게 증가되고, pH 10에서는 이온화되지 않고 수분이 하이드로젤 내부로부터 빠져나와 하이드로젤이 수축되는 것을 확인할 수 있었다.

도 5는 동결건조에 의해 제조된 하이드로젤의 형태를 전계방사 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM)으로 관찰한 사진을 나타낸 것이다.

모든 하이드로젤은 가교제로 인해 생성된 공극이 동결 건조되면서 규칙적인 그물형태의 다공성을 가지고 있었으며, 동시에 온도와 pH에 따라 공극의 크기도 크게 변화하였다.

도 6은 헥사메틸렌디이소시아네이트 0.4mol비로 제조된 하이드로젤의 가수분해 실험결과를 나타낸 것이다. 하이드로젤을 37℃로 고정된 항온조 내에서 PBS(phosphate buffered saline: pH 7.4)용액에 침지한 후, 4℃에서 10분간 원심분리기(11000rpm)로 분리하고 분해된 고분자와 하이드로젤 내부에 잔류된 전해물을 제거시키기 위해 1시간 동안 증류수로 세척한 뒤 하이드로젤을 동일조건으로 원심분리하여 수거된 고체를 냉동건조하여 최종의 무게를 확인할 수 있었다. 생분해성 %는 하기 수학식 1로 나타내었다.

〔수학식 1〕

생분해성% = (Wr/Ws)× 100

상기 식에서, Ws는 초기의 하이드로젤 무게이고, Wr은 원심분리하여 수거된 최종의 하이드로젤 무게이다.

도 6에 나타난 바와 같이, 경과시간에 따라 1 내지 2일에는 75 내지 80% 정도의 무게 감량을 보이다가, 3일 이후로는 급격하게 감량이 일어남을 알 수 있었다. 이는 가교 우레탄그룹의 가수분해반응에 따른 결합의 절단에 기인하여 일어나는 것으로 사료된다.

Claims

하기 화학식 2의 반복단위를 포함하는 하이드로젤:
[화학식 2]

상기 식에서,
R₁은
를 나타내고,
R₅는
를 나타내며,
R₂ 및 R₆는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 6의 알킬렌기를 나타내고,
R₃ 및 R₄는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 8의 알킬기를 나타내며,
R₇ 및 R₉는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 6의 알킬렌기를 나타내고,
R₈은 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기 또는 탄소수 5 내지 14의 아릴렌기를 나타낸다.
제1항에 있어서,
R₂ 및 R₆는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 4의 알킬렌기를 나타내고,
R₃ 및 R₄는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내며,
R₇ 및 R₉는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 4의 알킬렌기를 나타내고,
R₈은 탄소수 4 내지 8의 알킬렌기 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타낸 것을 특징으로 하는 하이드로젤.
제1항에 있어서,
R₂ 및 R₆는 각각 독립적으로 탄소수 2 또는 3의 알킬렌기를 나타내고,
R₃ 및 R₄는 각각 독립적으로 탄소수 2 또는 3의 알킬기를 나타내며,
R₇ 및 R₉는 각각 독립적으로 탄소수 2 또는 3의 알킬렌기를 나타내고,
R₈은 탄소수 5 내지 7의 알킬렌기를 나타내는 것을 특징으로 하는 하이드로젤.
아미노산 단량체의 축중합을 통해 폴리아미노산 전구체를 합성하는 단계;
소수성 또는 양쪽성 알킬아민 화합물과 고분자와 상기 폴리아미노산 전구체를 반응시키는 단계;
친수성 아미노 알코올 화합물을 상기 단계로부터 얻은 반응 생성물에 그라프팅 시켜 온도 및 pH 감응성 공중합체를 합성하는 단계; 및
상기 공중합체에 가교제를 첨가하여 생분해성 고분자를 제조하는 단계를 포함하는 하기 화학식 2의 반복단위를 포함하는 하이드로젤의 제조방법:
[화학식 2]

상기 식에서,
R₁은
를 나타내고,
R₅는
를 나타내며,
R₂ 및 R₆는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 6의 알킬렌기를 나타내고,
R₃ 및 R₄는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 8의 알킬기를 나타내며,
R₇ 및 R₉는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 6의 알킬렌기를 나타내고,
R₈은 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기 또는 탄소수 5 내지 14의 아릴렌기를 나타낸다.
제4항에 있어서,
가교제는 라이신 디이소시아네이트, 디이소시아네이트 부탄, 페닐렌 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트 및 헥사메틸렌 디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 하이드로젤의 제조방법.
제4항에 있어서,
가교제는 H-NMR 측정된 하이드록시기의 몰에 대해 0.4 내지 1mol비로 첨가하는 것을 특징으로 하는 하이드로젤의 제조방법.
제4항에 있어서,
가교제는 온도 및 pH 감응성 공중합체 100 중량부에 대하여 10 내지 60 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 하이드로젤의 제조방법.
제4항에 있어서,
촉매로서 디부틸틴 디라우레이트를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 하이드로젤의 제조방법.
하기 화학식 2의 반복단위를 함유하는 하이드로젤; 및
약제학적 활성성분을 포함하는 약물전달체:
[화학식 2]

상기 식에서,
R₁은
를 나타내고,
R₅는
를 나타내며,
R₂ 및 R₆는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 6의 알킬렌기를 나타내고,
R₃ 및 R₄는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 8의 알킬기를 나타내며,
R₇ 및 R₉는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 6의 알킬렌기를 나타내고,
R₈은 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기 또는 탄소수 5 내지 14의 아릴렌기를 나타낸다.
제9항에 있어서,
약제학적으로 허용 가능한 담체를 더 포함하는 약물전달체.
제9항에 있어서,
R₂ 및 R₆는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 4의 알킬렌기를 나타내고,
R₃ 및 R₄는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내며,
R₇ 및 R₉는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 4의 알킬렌기를 나타내고,
R₈은 탄소수 4 내지 8의 알킬렌기 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타낸 것을 특징으로 하는 약물전달체.
제9항에 있어서,
R₂ 및 R₆는 각각 독립적으로 탄소수 2 또는 3의 알킬렌기를 나타내고,
R₃ 및 R₄는 각각 독립적으로 탄소수 2 또는 3의 알킬기를 나타내며,
R₇ 및 R₉는 각각 독립적으로 탄소수 2 또는 3의 알킬렌기를 나타내고,
R₈은 탄소수 5 내지 7의 알킬렌기를 나타내는 것을 특징으로 하는 약물전달체.